Страница 77 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) $H_2O_2$ → $O_2$ → $SO_2$ → $SO_3$ → $H_2SO_4$ → $MgSO_4$

б) $KMnO_4$ → $O_2$ → $Li_2O$ → $Li_2S$ → $SO_2$

в) $S$ → $ZnS$ → $H_2S$ → $SO_2$ → $SO_3$ → $H_2SO_4$ → $FeSO_4$ → $BaSO_4$

Укажите тип каждой реакции по числу и составу реагентов и образующихся веществ. Для реакций ионного обмена запишите также ионные уравнения реакций. Для окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

а) $H_2O_2 \rightarrow O_2 \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4$

Решение:

1. Получение кислорода из пероксида водорода.
$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$
Тип реакции: разложения. Это окислительно-восстановительная реакция (диспропорционирование).
Электронный баланс:
$2\overset{-1}{O} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{O_2}$ | 1 | окисление
$2\overset{-1}{O} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 | восстановление
Кислород в степени окисления -1 ($H_2O_2$) является и окислителем, и восстановителем.

2. Получение оксида серы(IV) из кислорода.
$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$
Тип реакции: соединения. Это окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{0}{S} - 4e^- \rightarrow \overset{+4}{S}$ | 1 | восстановитель
$\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 | окислитель
Восстановитель: $S$ (сера). Окислитель: $O_2$ (кислород).

3. Получение оксида серы(VI) из оксида серы(IV).
$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ (катализатор $V_2O_5$, температура)
Тип реакции: соединения. Это окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{+4}{S} - 2e^- \rightarrow \overset{+6}{S}$ | 2 | восстановитель
$\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 | окислитель
Восстановитель: $SO_2$ (за счет серы $\overset{+4}{S}$). Окислитель: $O_2$ (кислород).

4. Получение серной кислоты из оксида серы(VI).
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$
Тип реакции: соединения. Реакция не является окислительно-восстановительной.

5. Получение сульфата магния из серной кислоты.
$H_2SO_4 + MgO \rightarrow MgSO_4 + H_2O$
Тип реакции: обмена (нейтрализация). Реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция ионного обмена.
Полное ионное уравнение: $2H^+ + SO_4^{2-} + MgO(тв) \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + H_2O$
Сокращенное ионное уравнение: $2H^+ + MgO(тв) \rightarrow Mg^{2+} + H_2O$

Ответ:
1. $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$
2. $S + O_2 \rightarrow SO_2$
3. $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$
4. $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$
5. $H_2SO_4 + MgO \rightarrow MgSO_4 + H_2O$

б) $KMnO_4 \rightarrow O_2 \rightarrow Li_2O \rightarrow Li_2S \rightarrow SO_2$

Решение:

1. Получение кислорода из перманганата калия.
$2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$
Тип реакции: разложения. Это внутримолекулярная окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{+7}{Mn} + 1e^- \rightarrow \overset{+6}{Mn}$ | 1 | восстановление
$\overset{+7}{Mn} + 3e^- \rightarrow \overset{+4}{Mn}$ | 1 | восстановление
$2\overset{-2}{O} - 4e^- \rightarrow \overset{0}{O_2}$ | 1 | окисление
Окислитель: $KMnO_4$ (за счет марганца $\overset{+7}{Mn}$). Восстановитель: $KMnO_4$ (за счет кислорода $\overset{-2}{O}$).

2. Получение оксида лития из кислорода.
$4Li + O_2 \xrightarrow{t} 2Li_2O$
Тип реакции: соединения. Это окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{0}{Li} - 1e^- \rightarrow \overset{+1}{Li}$ | 4 | восстановитель
$\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 | окислитель
Восстановитель: $Li$ (литий). Окислитель: $O_2$ (кислород).

3. Получение сульфида лития из оксида лития.
$Li_2O + H_2S \rightarrow Li_2S + H_2O$
Тип реакции: обмена. Реакция не является окислительно-восстановительной.

4. Получение оксида серы(IV) из сульфида лития.
$2Li_2S + 3O_2 \xrightarrow{t} 2Li_2O + 2SO_2$
Тип реакции: окислительно-восстановительная.
Электронный баланс:
$\overset{-2}{S} - 6e^- \rightarrow \overset{+4}{S}$ | 2 | восстановитель
$\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 3 | окислитель
Восстановитель: $Li_2S$ (за счет серы $\overset{-2}{S}$). Окислитель: $O_2$ (кислород).

Ответ:
1. $2KMnO_4 \rightarrow K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2$
2. $4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O$
3. $Li_2O + H_2S \rightarrow Li_2S + H_2O$
4. $2Li_2S + 3O_2 \rightarrow 2Li_2O + 2SO_2$

в) $S \rightarrow ZnS \rightarrow H_2S \rightarrow SO_2 \rightarrow SO_3 \rightarrow H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 \rightarrow BaSO_4$

Решение:

1. Получение сульфида цинка из серы.
$Zn + S \xrightarrow{t} ZnS$
Тип реакции: соединения. Это окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{0}{Zn} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Zn}$ | 1 | восстановитель
$\overset{0}{S} + 2e^- \rightarrow \overset{-2}{S}$ | 1 | окислитель
Восстановитель: $Zn$ (цинк). Окислитель: $S$ (сера).

2. Получение сероводорода из сульфида цинка.
$ZnS + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2S \uparrow$
Тип реакции: обмена. Реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция ионного обмена.
Полное ионное уравнение: $ZnS(тв) + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2S \uparrow$
Сокращенное ионное уравнение: $ZnS(тв) + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2S \uparrow$

3. Получение оксида серы(IV) из сероводорода (сжигание в избытке кислорода).
$2H_2S + 3O_2 \xrightarrow{t} 2SO_2 + 2H_2O$
Тип реакции: окислительно-восстановительная.
Электронный баланс:
$\overset{-2}{S} - 6e^- \rightarrow \overset{+4}{S}$ | 2 | восстановитель
$\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 3 | окислитель
Восстановитель: $H_2S$ (за счет серы $\overset{-2}{S}$). Окислитель: $O_2$ (кислород).

4. Получение оксида серы(VI) из оксида серы(IV).
$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$ (катализатор $V_2O_5$, температура)
Тип реакции: соединения. Это окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{+4}{S} - 2e^- \rightarrow \overset{+6}{S}$ | 2 | восстановитель
$\overset{0}{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\overset{-2}{O}$ | 1 | окислитель
Восстановитель: $SO_2$ (за счет серы $\overset{+4}{S}$). Окислитель: $O_2$ (кислород).

5. Получение серной кислоты из оксида серы(VI).
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$
Тип реакции: соединения. Реакция не является окислительно-восстановительной.

6. Получение сульфата железа(II) из серной кислоты.
$Fe + H_2SO_4(\text{разб.}) \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$
Тип реакции: замещения. Это окислительно-восстановительная реакция.
Электронный баланс:
$\overset{0}{Fe} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Fe}$ | 1 | восстановитель
$2\overset{+1}{H} + 2e^- \rightarrow \overset{0}{H_2}$ | 1 | окислитель
Восстановитель: $Fe$ (железо). Окислитель: $H_2SO_4$ (за счет ионов водорода $H^+$).

7. Получение сульфата бария из сульфата железа(II).
$FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 \downarrow + FeCl_2$
Тип реакции: обмена. Реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция ионного обмена.
Полное ионное уравнение: $Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4 \downarrow + Fe^{2+} + 2Cl^-$
Сокращенное ионное уравнение: $Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow$

Ответ:
1. $Zn + S \rightarrow ZnS$
2. $ZnS + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2S$
3. $2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$
4. $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$
5. $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$
6. $Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2$
7. $FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4 + FeCl_2$

6. При взаимодействии 3,08 г металла с избытком серы получили 4,2 г сульфида этого металла в степени окисления +2. Какой металл был взят в реакцию?

Дано:

$m(\text{Me}) = 3,08 \text{ г}$

$m(\text{продукта}) = 4,2 \text{ г}$

Степень окисления металла = +2

Найти:

Неизвестный металл (Me) - ?

Решение:

Обозначим неизвестный металл как Me. В условии сказано, что металл в образовавшемся сульфиде имеет степень окисления +2. Сера в сульфидах всегда имеет степень окисления -2. Следовательно, формула сульфида металла — MeS.

Составим уравнение реакции взаимодействия металла с серой:

$\text{Me} + \text{S} \rightarrow \text{MeS}$

Поскольку сера была взята в избытке, весь металл прореагировал полностью. Согласно закону сохранения массы, масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе продуктов реакции. Масса прореагировавшей серы равна разности масс образовавшегося сульфида и исходного металла:

$m(\text{S}) = m(\text{MeS}) - m(\text{Me}) = 4,2 \text{ г} - 3,08 \text{ г} = 1,12 \text{ г}$

Теперь найдем количество вещества (в молях) прореагировавшей серы. Молярная масса серы $M(\text{S})$ составляет приблизительно $32 \text{ г/моль}$.

$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{1,12 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0,035 \text{ моль}$

Из уравнения реакции видно, что стехиометрические коэффициенты перед металлом (Me) и серой (S) равны 1. Это означает, что они реагируют в мольном соотношении 1:1. Следовательно, количество вещества металла, вступившего в реакцию, равно количеству вещества прореагировавшей серы.

$n(\text{Me}) = n(\text{S}) = 0,035 \text{ моль}$

Зная массу металла ($m(\text{Me})$) и его количество вещества ($n(\text{Me})$), мы можем рассчитать его молярную массу $M(\text{Me})$:

$M(\text{Me}) = \frac{m(\text{Me})}{n(\text{Me})} = \frac{3,08 \text{ г}}{0,035 \text{ моль}} = 88 \text{ г/моль}$

Обратимся к периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Нам нужен элемент с молярной массой, близкой к $88 \text{ г/моль}$, который способен проявлять степень окисления +2. Этим условиям удовлетворяет стронций (Sr), его относительная атомная масса равна 87,62. Стронций является щелочноземельным металлом и его характерная степень окисления +2.

Ответ: В реакцию был взят стронций (Sr).

7. Продукт взаимодействия 0,46 г натрия и 0,85 г серы обработали 35 мл воды, полученную смесь профильтровали. Какое вещество оказалось в растворе и какова его массовая доля?

Дано:

$m(\text{Na}) = 0,46 \text{ г}$

$m(\text{S}) = 0,85 \text{ г}$

$V(\text{H}_2\text{O}) = 35 \text{ мл}$

$\rho(\text{H}_2\text{O}) = 1 \text{ г/мл}$

Найти:

Вещество в растворе - ?

$\omega(\text{вещества}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия натрия с серой. При сплавлении этих веществ образуется сульфид натрия:

$2\text{Na} + \text{S} \rightarrow \text{Na}_2\text{S}$

2. Найдем количество вещества (моль) для каждого из реагентов, чтобы определить, который из них находится в избытке. Молярные массы: $M(\text{Na}) = 23 \text{ г/моль}$, $M(\text{S}) = 32 \text{ г/моль}$.

$n(\text{Na}) = \frac{m(\text{Na})}{M(\text{Na})} = \frac{0,46 \text{ г}}{23 \text{ г/моль}} = 0,02 \text{ моль}$

$n(\text{S}) = \frac{m(\text{S})}{M(\text{S})} = \frac{0,85 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} \approx 0,0266 \text{ моль}$

3. Сравним мольные соотношения реагентов по уравнению реакции. На 2 моль натрия требуется 1 моль серы. Следовательно, на 0,02 моль натрия потребуется:

$n_{\text{теор}}(\text{S}) = \frac{n(\text{Na})}{2} = \frac{0,02 \text{ моль}}{2} = 0,01 \text{ моль}$

Поскольку у нас в наличии 0,0266 моль серы, что больше, чем 0,01 моль, то сера находится в избытке, а натрий является лимитирующим реагентом. Расчет продукта реакции будем вести по натрию.

4. Определим количество вещества и массу образовавшегося сульфида натрия ($\text{Na}_2\text{S}$). По уравнению реакции из 2 моль Na образуется 1 моль $\text{Na}_2\text{S}$, значит:

$n(\text{Na}_2\text{S}) = \frac{n(\text{Na})}{2} = \frac{0,02 \text{ моль}}{2} = 0,01 \text{ моль}$

Молярная масса сульфида натрия: $M(\text{Na}_2\text{S}) = 2 \cdot 23 + 32 = 78 \text{ г/моль}$.

Масса образовавшегося сульфида натрия:

$m(\text{Na}_2\text{S}) = n(\text{Na}_2\text{S}) \cdot M(\text{Na}_2\text{S}) = 0,01 \text{ моль} \cdot 78 \text{ г/моль} = 0,78 \text{ г}$

5. Продукт реакции представляет собой смесь сульфида натрия ($\text{Na}_2\text{S}$) и избытка непрореагировавшей серы (S). Эту смесь обработали водой и профильтровали. Сульфид натрия хорошо растворим в воде, а элементарная сера — нет. При фильтровании нерастворимая сера будет отделена, а в растворе (фильтрате) останется растворенный сульфид натрия.

Таким образом, вещество, оказавшееся в растворе, – это сульфид натрия ($\text{Na}_2\text{S}$).

6. Рассчитаем массовую долю сульфида натрия в полученном растворе. Массовая доля ($\omega$) рассчитывается по формуле:

$\omega = \frac{m_{\text{растворенного вещества}}}{m_{\text{раствора}}} \cdot 100\%$

Масса растворенного вещества — это масса полученного сульфида натрия: $m(\text{Na}_2\text{S}) = 0,78 \text{ г}$.

Масса раствора складывается из массы растворенного вещества и массы растворителя (воды).

Масса воды: $m(\text{H}_2\text{O}) = V(\text{H}_2\text{O}) \cdot \rho(\text{H}_2\text{O}) = 35 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 35 \text{ г}$.

Масса раствора: $m_{\text{раствора}} = m(\text{Na}_2\text{S}) + m(\text{H}_2\text{O}) = 0,78 \text{ г} + 35 \text{ г} = 35,78 \text{ г}$.

7. Вычисляем массовую долю:

$\omega(\text{Na}_2\text{S}) = \frac{0,78 \text{ г}}{35,78 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 2,18\%$

Ответ: В растворе оказался сульфид натрия ($\text{Na}_2\text{S}$), его массовая доля составляет 2,18%.

8. Используя дополнительные источники информации, расскажите о происхождении названий и истории открытия халькогенов.

Термин "халькогены" был предложен в 1932 году группой немецкого ученого Вильгельма Бильца. Он происходит от двух греческих слов: χάλκος (халькос) — "медь", "руда" и γεννᾶν (геннан) — "рождать", "производить". Таким образом, "халькоген" дословно означает "рождающий руду". Это название отражает тот факт, что важнейшие элементы этой группы, кислород и сера, являются основными компонентами большинства медных и других руд в виде оксидов и сульфидов.

Кислород (O)

История открытия: Кислород был независимо открыт несколькими учеными. В 1772 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил кислород, прокаливая селитру и другие вещества, и назвал его "огненным воздухом". В 1774 году английский ученый Джозеф Пристли, не зная об опытах Шееле, выделил кислород при нагревании оксида ртути($II$) ($HgO$) и назвал его "дефлогистированным воздухом". Однако именно французский химик Антуан Лавуазье первым понял природу этого газа как простого вещества, изучил его роль в процессах горения, окисления и дыхания и дал ему окончательное название.

Происхождение названия: Антуан Лавуазье в 1777 году предложил название "oxygène" (от греческих слов ὀξύς — "кислый" и γεννάω — "рождаю"), то есть "рождающий кислоту". Это название было основано на его ошибочном предположении, что кислород является обязательным компонентом всех кислот. Русское название "кислород" является калькой (смысловым переводом) французского названия и было предложено химиком В. М. Севергиным в 1824 году.

Ответ: Кислород был открыт К. Шееле (1772) и Дж. Пристли (1774) независимо друг от друга. А. Лавуазье определил его как химический элемент и дал ему название "oxygène" ("рождающий кислоту"), от которого произошло и русское название "кислород".

Сера (S)

История открытия: Сера в самородном виде известна с глубокой древности. Она упоминается в Библии и в поэмах Гомера. Алхимики считали серу одним из "принципов" или "начал" всех металлов. Долгое время считалось, что сера — это сложное вещество. Только в 1777 году Антуан Лавуазье в своих работах по теории горения доказал, что сера является простым веществом, то есть химическим элементом.

Происхождение названия: Латинское название sulfur, от которого происходят названия во многих европейских языках, имеет древнее индоевропейское происхождение, и его точная этимология неясна. Русское слово "сера" происходит от праславянского слова *sěra, которое, вероятно, было связано со словами, означающими "смола", "жир", "сок", что указывает на её горючесть и легкоплавкость.

Ответ: Сера известна с древности, а её элементарная природа была доказана А. Лавуазье в 1777 году. Русское название "сера" имеет праславянское происхождение, связанное со свойствами вещества.

Селен (Se)

История открытия: Селен был открыт в 1817 году шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом и его коллегой Юханом Готлибом Ганом. Они исследовали красный осадок (шлам), который образовывался в свинцовых камерах на сернокислотном заводе. Изначально они предположили, что это теллур из-за схожего запаха при прокаливании, но дальнейшие исследования показали, что это новый, неизвестный ранее элемент.

Происхождение названия: Берцелиус назвал новый элемент "selenium" от греческого слова σελήνη (селене) — "Луна". Название было дано по аналогии с теллуром, открытым ранее и названным в честь Земли (лат. tellus). Таким образом, селен стал "спутником" теллура, как Луна является спутником Земли.

Ответ: Селен открыт Й. Я. Берцелиусом и Ю. Г. Ганом в 1817 году. Название происходит от греческого σελήνη ("Луна"), так как его свойства напоминали свойства теллура, названного в честь Земли.

Теллур (Te)

История открытия: Теллур был открыт в 1782 году горным инспектором Францем-Йозефом Мюллером фон Райхенштейном в Трансильвании (в то время часть Австрийской империи). Исследуя руду, из которой добывали золото, он обнаружил в ней новый металл, который обладал свойствами, отличными от сурьмы. Лишь в 1798 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот выделил этот элемент и подтвердил открытие Мюллера.

Происхождение названия: Именно Клапрот дал новому элементу название "tellurium" от латинского слова tellus (в родительном падеже telluris), что означает "Земля".

Ответ: Теллур открыт Ф. Й. Мюллером в 1782 году и подтвержден М. Г. Клапротом в 1798 году, который и дал ему название от латинского tellus — "Земля".

Полоний (Po)

История открытия: Полоний был открыт в 1898 году в Париже супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри. Они изучали радиоактивность урановой руды (уранинита) и обнаружили, что её радиоактивность значительно выше, чем у чистого урана. Это привело их к выводу о наличии в руде одного или нескольких новых, сильно радиоактивных элементов. Методом фракционной кристаллизации им удалось выделить новый элемент.

Происхождение названия: Мария Склодовская-Кюри, полька по происхождению, назвала новый элемент "polonium" в честь своей родины — Польши (лат. Polonia). В то время Польша находилась под властью Российской, Германской и Австро-Венгерской империй и не существовала как независимое государство. Таким названием Мария надеялась привлечь внимание мировой общественности к борьбе поляков за независимость.

Ответ: Полоний открыт Пьером и Марией Кюри в 1898 году. Название дано в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши (лат. Polonia).

Ливерморий (Lv)

История открытия: Ливерморий — это искусственно синтезированный радиоактивный элемент. Впервые он был получен в 2000 году в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) группой российских и американских учёных из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (США). Открытие было официально признано в 2011 году.

Происхождение названия: В 2012 году элементу было присвоено название "livermorium" (ливерморий) в честь Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL) в городе Ливермор, Калифорния, США, которая принимала активное участие в его открытии.

Ответ: Ливерморий синтезирован в 2000 году в ОИЯИ (Дубна) совместно с учеными из США. Назван в честь Ливерморской национальной лаборатории.

9. «Химической энциклопедией» можно назвать роман Жюля Верна «Таинственный остров». Найдите в романе отрывок, в котором упоминается производство одного из соединений серы.

Решение

Роман Жюля Верна «Таинственный остров» действительно можно назвать «химической энциклопедией» из-за обилия подробных описаний различных химических производств, организованных колонистами под руководством инженера Сайреса Смита. Одним из таких производств является получение серной кислоты ($H_2SO_4$), которое является ключевым для последующего синтеза нитроглицерина и динамита. Описание этого процесса находится в части 1, главе 17 «Одно из важных дел колонистов».

Отрывок, в котором упоминается производство этого соединения серы:

Инженер решил применить тот способ получения серной кислоты, который позволяет обойтись без свинцовых камер. Этот способ, как известно, основан на непосредственном действии паров воды на сернистый газ в присутствии паров азотной кислоты.

...Прежде всего Сайрес Смит велел соорудить печь для обжигания сернистого колчедана, или пирита. Полученный из него сернистый газ, смешавшись с воздухом, должен был пройти по трубе в обширный глиняный ящик, где и превращался в серную кислоту под действием паров воды, непрерывно нагнетаемых в ящик.

...Пирит сгорел, выделив весь содержавшийся в нем сернистый газ; этот газ по трубе проникал в глиняный ящик, где смешивался с водяными парами... Для ее осуществления требовался еще один элемент – азотная кислота. [...] Сайрес Смит мог получить ее, так как в его распоряжении была селитра. Он смешал селитру с некоторым количеством уже готовой серной кислоты... и, подвергнув эту смесь нагреванию, он получил пары азотной кислоты, которые и смешал с сернистым газом. Опыт удался как нельзя лучше.

С химической точки зрения, Сайрес Смит воспроизвел нитрозный (камерный) способ получения серной кислоты, который включает следующие этапы:

1. Обжиг серного колчедана (пирита, $FeS_2$) для получения диоксида серы (сернистого газа, $SO_2$):
   $4FeS_2(тв) + 11O_2(г) \rightarrow 2Fe_2O_3(тв) + 8SO_2(г)$
2. Получение катализатора (оксидов азота, $NO_x$) из селитры ($KNO_3$) и небольшого количества серной кислоты. Азотная кислота ($HNO_3$) и её оксиды катализируют окисление диоксида серы кислородом воздуха до триоксида серы ($SO_3$):
   $KNO_3(тв) + H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} KHSO_4(тв) + HNO_3(г)$
   $2SO_2(г) + O_2(г) \xrightarrow{NO_x} 2SO_3(г)$
3. Поглощение триоксида серы ($SO_3$) парами воды с образованием серной кислоты:
   $SO_3(г) + H_2O(ж) \rightarrow H_2SO_4(р-р)$

Таким образом, в романе детально и с химической точки зрения грамотно описано кустарное производство одного из ключевых соединений серы.

Ответ: В романе Жюля Верна «Таинственный остров» (часть 1, глава 17) есть отрывок, описывающий производство серной кислоты. В нем рассказывается, как колонисты, используя найденный на острове пирит (серный колчедан), селитру и самодельную печь с глиняными камерами, получают серную кислоту, необходимую для дальнейших работ: «Инженер решил применить тот способ получения серной кислоты, который позволяет обойтись без свинцовых камер... Прежде всего Сайрес Смит велел соорудить печь для обжигания сернистого колчедана, или пирита... он получил пары азотной кислоты, которые и смешал с сернистым газом. Опыт удался как нельзя лучше».

В сероводороде и сульфидах сера имеет минимальную степень окисления $-2$, следовательно, эти соединения проявляют в химических реакциях только восстановительные свойства. В какие реакции вступают сероводород и сульфиды?

Сероводород ($H_2S$) и сульфиды (соли сероводородной кислоты) являются сильными восстановителями, так как сера в них находится в своей низшей степени окисления -2 ($S^{-2}$). Это означает, что в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР) атом серы может только отдавать электроны, повышая свою степень окисления до 0, +4 или +6. Однако, помимо ОВР, эти соединения вступают и в другие типы реакций.

1. Окислительно-восстановительные реакции (в роли восстановителей)

В этих реакциях сероводород и сульфиды взаимодействуют с различными окислителями. Глубина окисления серы зависит от силы окислителя и условий проведения реакции (концентрация, температура).

• Взаимодействие с кислородом (горение):

  При недостатке кислорода сероводород сгорает с образованием свободной серы:
  $2H_2S + O_2 \xrightarrow{t} 2S \downarrow + 2H_2O$

  При избытке кислорода сероводород сгорает до оксида серы(IV):
  $2H_2S + 3O_2 \xrightarrow{t} 2SO_2 \uparrow + 2H_2O$

  Аналогично происходит промышленный обжиг сульфидных руд:
  $2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2ZnO + 2SO_2 \uparrow$

• Взаимодействие с галогенами:

  Сероводород легко окисляется сильными окислителями, такими как галогены. Например, он обесцвечивает бромную воду:
  $H_2S + Br_2 \rightarrow S \downarrow + 2HBr$

• Взаимодействие с кислотами-окислителями:

  С концентрированной серной кислотой:
  $H_2S^{-2} + H_2S^{+6}O_4(\text{конц.}) \rightarrow S^0 \downarrow + S^{+4}O_2 \uparrow + 2H_2O$

  С концентрированной азотной кислотой сера окисляется до высшей степени окисления +6:
  $H_2S + 8HNO_3(\text{конц.}) \rightarrow H_2SO_4 + 8NO_2 \uparrow + 4H_2O$

• Взаимодействие с другими сильными окислителями:

  Реакция с перманганатом калия в кислой среде:
  $5H_2S + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 5S \downarrow + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 8H_2O$

Ответ: Сероводород и сульфиды вступают в окислительно-восстановительные реакции с различными окислителями (кислородом, галогенами, кислотами-окислителями, перманганатами и др.), где всегда выступают в роли восстановителей. Продукты окисления серы зависят от силы окислителя и условий реакции и могут включать свободную серу ($S$), оксид серы(IV) ($SO_2$) или серную кислоту/сульфаты ($H_2SO_4, SO_4^{2-}$).

2. Реакции, не связанные с изменением степени окисления

Сероводород является кислотой, а сульфиды — солями, поэтому они участвуют в реакциях, характерных для этих классов соединений.

• Кислотно-основные реакции:

  Сероводород — очень слабая двухосновная кислота. Он реагирует со щелочами, образуя средние соли (сульфиды) или кислые соли (гидросульфиды) в зависимости от соотношения реагентов.

  Образование средней соли (при избытке щелочи):
  $H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$

  Образование кислой соли (при избытке кислоты или соотношении 1:1):
  $H_2S + NaOH \rightarrow NaHS + H_2O$

• Реакции ионного обмена (осаждение):

  Пропускание сероводорода через растворы солей или добавление растворимых сульфидов является качественным методом обнаружения многих ионов металлов, так как образуются нерастворимые сульфиды с характерной окраской.

  С солями меди(II):
  $H_2S + CuSO_4 \rightarrow CuS \downarrow + H_2SO_4$ (черный осадок)

  С солями свинца(II):
  $Na_2S + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbS \downarrow + 2NaNO_3$ (черный осадок)

  С солями кадмия(II):
  $H_2S + CdCl_2 \rightarrow CdS \downarrow + 2HCl$ (желтый осадок)

Ответ: Сероводород вступает в реакции как слабая двухосновная кислота, образуя со щелочами сульфиды и гидросульфиды. Сероводород и растворимые сульфиды участвуют в реакциях ионного обмена с солями многих металлов, образуя нерастворимые осадки, что используется в аналитической химии.